CN110554559B - 菲涅尔屏幕 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种菲涅尔屏幕，其包括：基底；微结构，其形成在所述基底的第一表面上；和反射层，其形成在所述微结构上，其中，所述反射层的反射率在10％～35％的范围内，优选为在20～25％的范围内。该菲涅尔屏幕能够提高良品率并降低成本，同时能够保证屏幕具有较佳的视觉效果。

Description

菲涅尔屏幕

技术领域

本发明涉及一种菲涅尔屏幕。

背景技术

在使用超短焦投影时，用于进行超短焦投影的传统白色屏幕容易受到环境光的干扰。例如，在客厅灯光明亮的环境下，使得屏幕画面的对比度较低，不能很好地展示色彩。

为了提高画面的对比度，就需要降低屏幕对环境光的反射，同时还需要使屏幕尽量保持一定的光增益。现有技术中的线栅屏幕通过在屏幕表面的线栅微结构中一面形成吸光层、另一面形成反射层的方式来改善投影屏幕对比度。

但是具有上述线栅微结构的线栅屏幕不能使投影机的光线获得很好的准直特性，同时其屏幕表面上采用的白色朗伯散射涂层降低了屏幕的增益，因此改善对比度的效果非常有限。

虽然现有技术中也存在采用菲涅尔反射结构的屏幕，但该结构很容易在天花板产生由于反射导致的“鬼影”现象，会影响用户的观看体验。

发明内容

为解决上述课题，本发明提出了一种菲涅尔抗光屏慕，其结构简单且对环境光具有很好的抗光特性，尤其适于具有大尺寸的菲涅尔屏幕的生产及应用，能够提高良品率并降低成本，同时能够保证屏幕具有较佳的视觉效果。

在本发明的第一方面提供一种菲涅尔屏幕，其包括：基底；微结构，其形成在所述基底的第一表面上；和反射层，其形成在所述微结构上，其中，所述反射层的反射率在10％～35％的范围内，优选为在20～25％的范围内。

本发明通过具有上述结构的菲涅尔屏幕，能够避免现有技术中所产生的“鬼影”现象，而且能够具有高增益、高对比度和高均匀性的特征。

附图说明

图1是环形的菲涅尔反射结构的正视图。

图2是说明反射层表面的粗糙度的示意图。

图3是本发明中实施例1的菲涅尔屏幕的构造的剖视图。

图4说明具有图3所示结构的菲涅尔屏幕用于对投影机光线进行准直的原理。

图5说明菲涅尔屏幕中微结构的半径与入射角度α和出射光线角度β之间的关系。

图6是本发明中实施例2的菲涅尔屏幕的构造的剖视图。

图7说明图8所示菲涅尔屏幕的变型例结构。

图8是说明具有图6所示结构的菲涅尔屏幕用于对投影机光线进行准直的原理。

图9是本发明中实施例3的菲涅尔屏幕的构造的剖视图。

图10a-d说明形成实施例3中菲涅尔屏幕的工艺过程。

图11a-e示出微结构与基底的组合方式。

图12a示出在基底背面粘贴黑色吸收材料层的结构。

图12b示出在基底背面喷涂黑色吸收材料层的结构。

具体实施方式

下面，将参照附图详细说明根据本发明的各具体实施例。需要强调的是，附图中的所有尺寸仅是示意性的并且不一定是按照真实比例图示的，因而不具有限定性。例如，应当理解，图示中的微结构、反射膜等组件的尺寸、比例等参数并不是按照实际的尺寸和比例示出的，仅是为了图示方便，但不是用于限定本发明的具体范围。

图1示出了环形的菲涅尔反射结构。在图1中，水平方向为屏幕的左右方向，垂直方向为屏幕的上下方向。如图1所示，该微结构由多个同心的环形构成。

在本发明的菲涅尔屏幕中，在如图1所示的微结构表面上形成有反射膜，该反射膜由反射材料、扩散材料和吸收材料加上粘接胶水等辅助原料混合而成，其反射率为10％～35％，散射角度为±10度～±45度，该反射层的厚度约为微结构间距的1/10～1/5并且相对均匀地附着在微结构的表面上。其中，微结构间距指的是在剖视图中，微结构中重复形成的相邻几何形状之间的距离。例如，以用于说明本发明中实施例1剖视图的图3为例，在图中两个用于形成微结构的相邻几何形状中重复部分之间的距离d为微结构间距。

首先，在本发明中，为了提高环境光的对比度，将反射膜的反射率设置为在10％～35％的范围内，优选为20～25％的范围内。然而，降低涂料的反射率会同时降低对投影机光线和环境光的反射，即降低漫反射的增益。具体来说，漫反射的观看视角为±60度时，如果反射率为100％，则能够实现增益为1.0的屏幕效果，而当屏幕的反射率降为25％的时候，漫反射的增益最高为0.25。因此为了使本发明中的微结构仍然能够产生1.0左右的增益，另外本发明的反射层可实现±10～±45度的散射角度，因此通过压缩可视角的方式来提高屏幕增益。对于观看电视的观看者来说，±20～30度的散射角度已经能够满足一般家庭的观看需求。因此，本发明中的微结构通过添加扩散材料的方法，将具有10％～35％范围内反射率的反射层的增益提高到大于1.0的水平，另一方面，由于大部分环境光来自于天花板，而本发明中反射层的散射角度比较小，大角度的环境入射光线会被微结构表面的反射层反射向地板的方向，而不会通过漫反射而进入到观众的视场内，因此本发明能够提高屏幕的抗环境光对比度，在保证了菲涅尔屏幕散射角度范围内光增益的同时有效的降低菲涅尔屏幕对环境光的反射。

为了实现具有上述10％～35％反射率范围且散射角度为±10～±45度的反射层，该反射层包含了如下反射材料、吸收材料和扩散材料：

反射材料：铝片、铝粉、银粉等金属反射材料；

黑色吸收材料：有机颜料(偶氮等)及无机颜料(例如炭黑、石墨，金属氧化物等)；

扩散材料：环氧系、丙烯酸系或者硅酮系的有机树脂颗粒，或者其他无机的散射材料。

由于反射层中包含一定比例的铝片和铝粉的混合体，会对入射光线形成一定的扩散效果。反射层使入射光线的散射角度处于在±10～±45度的范围。

另外，反射层中还可包括有辅助原料和溶剂，该辅助原料和溶剂包含：具有一定比例的流平剂、润湿剂与消泡剂等混合物，该混合物用于增加涂布效果；具有一定比例的无水丙酮、无水二甲苯、无水环已酮、无水丁酮、乙酸乙酯和无水醋酸丁醋等的混合物等。

另外，如图2所示，该反射层的表面具有凹凸不平的形貌特征，即该反射层的表面具有一定的表面粗糙度，进一步表面粗糙度可以在1～50微米的范围内。使得该表面不会因菲涅尔屏幕产生镜面反射造成的炫光，从而消除由于该菲涅尔屏幕的天花板“鬼影”现象。

在本发明中，例如可通过下述方法在反射层的表面上获得粗糙表面：

在形成反射层的材料中掺杂一定比例的大尺寸散射颗粒或者吸收颗粒，然后将该材料喷涂在微结构表面上，当该材料的溶剂挥发后就能够形成粗糙的表面；或者

先将形成反射层的材料喷涂在微结构上，然后进行化学腐蚀、喷砂等表面粗糙化处理。

为了不改变微结构的倾斜角度，从而保持该微结构的准直特性，需要使反射层被厚度均匀地涂覆在该微结构的表面上。反射层的厚度范围在10～30微米范围内，一般不超过微结构间距的1/5。例如，可以通过喷涂、丝网印刷、打印等方式将反射层涂覆在微结构的表面，并精确控制该反射层的厚度。

在下文中，通过三个具体实施例来说明在菲涅尔反射结构表面上形成有反射膜的菲涅尔屏幕的具体构造。然而本领域技术人员应当明白，该具体实施例仅用于说明本发明中菲涅尔屏幕的原理，而不是用于限制本发明。

而且，下文中所述的三个实施例中都能够具有上述菲涅尔屏幕中的相关特征，例如反射膜的反射率为10％～35％、散射角度为±10～45度等特征，因此在下文具体描述实施例时不在赘述。

实施例1

图3示出了本发明中实施例1的菲涅尔屏幕的构造。在图3中，垂直方向为屏幕的上下方向，水平方向为屏幕的前后方向，投影机光线所处的为屏幕中朝向观看者的一侧。

如图3所示，微结构2形成在基底1中朝向观看者的一侧上，且反射层3形成在微结构的表面上。投影机光线入射到反射层3上，并反射到观众的视场中。

在形成上述菲涅尔屏幕时，可采用热压印或者UV胶水转印的方法在基底1上形成微结构2。基底1可采用PET、PC、PVC、PMMA等有机材料，并通过挤出方式制成。通过喷涂、丝网印刷、打印等方式将反射层3均匀地涂覆在微结构2的表面上。

在图4中说明具有图3所示结构的菲涅尔屏幕用于对投影机光线进行准直的原理。如图4所示，α为投影机的入射光线角度，β为投影机的出射光线角度，θ₁为微结构中第一入射面的倾斜角度，θ₂为微结构中第二入射面的倾斜角度。图5为一种投影机摆放下的分布，θ₂为一个固定角度，θ₁的角度范围在5度～50度的范围内变化，其中优选θ₁的角度是梯度可变的。

投影机的入射角度α和出射光线角度β已知的情况下，根据反射定律得到第一入射面的倾斜角度θ₁如下：

θ₁＝(α-β)/2 (1)

微结构第二入射面倾斜角度θ₂一般在70度～90度的范围内，由此既不会反射投影机的入射光线，同时不会将环境光线反射到观众的视场中。

当投影机和屏幕的相对位置固定的情况下，可以计算微结构第一入射面的倾斜角度随着半径的分布。图5说明了菲涅尔屏幕中微结构的半径与微结构倾斜角度的关系。根据图5可以看出，当投影机和屏幕的相对位置固定的情况下，为了使投影光的反射最优化，随着微结构半径的增大，倾斜角度θ₁也相应地增大。

实施例2

图6示出了本发明中实施例2的菲涅尔屏幕的构造。与图3中所示的实施例1中结构不同之处在于，本实施方式基底中投影机光线的入射面上形成有表面扩散结构，且微结构及其上所形成的反射层形成在基底中与该表面扩散结构相反的表面中。在图6所示的菲涅尔屏幕中，投影机光线穿过表面扩散结构和基底，从而入射到微结构的反射膜上，通过反射膜反射到观众视场中。

在本发明中，在形成上述菲涅尔屏幕时，可采用热压印或者UV胶水转印的方法在基底的两个表面上分别形成微结构和表面扩散结构。基底可采用PET、PC、PVC、PMMA等有机材料。通过喷涂、丝网印刷、打印等方式将反射层均匀地涂覆在微结构的表面上。可通过压印复制、喷砂或者化学腐蚀等方法将表面扩散结构形成在基底上。

此外，屏幕表面上的表面扩散结构也具有一定的粗糙度Ra，例如粗糙度Ra在0.5～50微米的范围，从而将屏幕最终的视场角度控制在±20～45度的范围内。

另外，除了图6所示的结构，实施例2中的菲涅尔屏幕还可以具有图7所示的变型例结构。该变型例结构通过下述方式形成：将微结构和表面扩散结构分别制作在单独的第一基底和第二基底上，然后通过UV胶水或热固胶水将两个基底贴合在一起。

在图8中说明具有图6所示结构的菲涅尔屏幕用于对投影机光线进行准直的原理。如图8所示，α为投影机的入射光线在基底中的角度，β为投影机的出射光线在基底中的角度，θ₁为微结构中第一入射面的倾斜角度，θ₂为微结构中第二入射面的倾斜角度，其中，环境光线所处的环境的折射率为n₁，基底的折射率为n₂。

投影机的入射角度α和反射到观众视场中光线的角度β已知的情况下，

根据反射定律得到第一入射面的倾斜角度θ₁如下：

θ₁＝(α-β)/2 (1)

微结构第二入射面倾斜角度θ₂一般在70度～90度的范围内，由此既不会反射投影机的入射光线，同时不会将环境光线反射到观众的视场中。

当投影机和屏幕的相对位置固定的情况下，可以计算微结构第一入射面的倾斜角度随着半径的分布。该分布与实施例1中图5所示的分布情况相同，因此省略了相关描述。

实施例3

图9示出了本发明中实施例3的菲涅尔屏幕的构造。与图3中所示的实施例1中结构不同之处在于，在图9所示的菲涅尔屏幕中，利用选择性曝光工艺将反射层均匀地仅涂覆在微结构的第一反射面中被投影光照射的区域中。

例如，在实施例3中的反射层并没有全部覆盖微结构的第一反射面和第二反射面，而是只涂覆在第一反射面中的顶端位置。

由于实施例3中的菲涅尔屏幕用于对投影机光线进行准直的原理等于实施例1中相同，因此不再赘述。

在实施例1所示的结构中，当反射层被均匀地涂敷在微结构的表面时，该反射微结构的第二反射面可能会使一部分环境光线反射回到观众的视场中，因而可能降低画面的对比度。为解决该问题，实施例3中的菲涅尔屏幕进一步降低了微结构中第二反射面的反射率。

图10a-d说明了形成该菲涅尔屏幕的工艺过程：

在图10a中，通过压印或者UV胶水转印的方式，在黑色基底的表面上形成微结构；

在图10b中，通过在微结构表面上涂覆，均匀地形成反射层，该反射层的反射率为10～35％，厚度为微结构间距的1/5到1/10，此时的该反射层为非固化的反射层；

在图10c中，从具有相同投射比的投影机中投射出用于固化胶水的紫外或者蓝光，以固化图10b中非固化的反射层。由于微结构的第一反射面和第二反射面的相互遮挡，该第二反射面上没有受到固化光线的照射，因此只有在第一反射面上受到照射的区域中的非固化反射层发生固化；

在图10d中，胶水可以通过诸如乙醇、乙酯或者丁酮等溶剂清洗没有固化的反射层，从而在第一反射面上保留经过固化的反射层。

在实施例3中除了能够获得例如实施例1和2中提高屏幕对比度、消除由于该镜面菲涅尔反射造成的天花板“鬼影”现象等有益效果，还能够通过降低微结构中第二反射面的反射率，进一步提高屏幕对比度。

另外，以上述实施例1-3为例，由于本发明中所采用的反射层的反射率较低，一部分入射光线会透过该反射层而进入微结构和屏幕的基底中。如果不把这部分光线吸收，则该光线还有可能通过其他反射光路而进入到观众视场中，从而影响画面的清晰。

为解决该问题，在本发明中可通过下述方式吸收进入微结构和屏幕的基底的入射光线：

方式1

将微结构形成在透明、黑色或者灰色的基底表面。由于黑色和灰色的基底能够进一步吸收进入微结构和屏幕的基底的入射光线，而透明的基底能够使该入射光线从屏幕中与观看侧相反的背面出射，从而不会影响屏幕的对比度。

其中，黑色或者灰色的基底材料可以通过在透明基底材料中掺杂黑色吸收材料颗粒，比如有机颜料(偶氮等)及无机颜料(例如炭黑、石墨，金属氧化物等)。

图11a-e示出了微结构与基底的各种组合方式。图11a中采用黑色反射微结构与黑色基底的组合，图11b采用灰色反射微结构与灰色基底的组合，图11c采用透明反射微结构与透明基底的组合，图11d采用黑色反射微结构与透明基底的组合，图11e采用透明反射微结构与黑色基底的组合。

但本发明中反射微结构与基底的组合方式并不限于图11a-e中所示，而是可以采用各种黑色、灰色、透明的反射微结构与基底的组合方式。

在此需要说明的是，在实施例2中，基底可采用灰色基底或透明基底，微结构可采用灰色微结构或透明微结构。

如果采用热压印的方法形成微结构，则微结构和基底材料具有相同的颜色；如果采用UV胶水转印的方法形成微结构，需要在配置UV胶水中掺杂黑色的吸收材料，该吸收材料例如为有机颜料(偶氮等)或无机颜料(例如炭黑、石墨，金属氧化物等)。

方式2

在使用方式1时，如果通过UV胶水转印的方法形成微结构，含有染料的UV胶水或者基底材料的附着力和生产车间的清洁度不容易控制。

因此，在方式2中，可将微结构和基底都采用透明的材料制成，然后在基底中与形成有该微结构相反一侧的背面上粘贴或者喷涂黑色的吸收材料层。图12a中示出了在基底背面粘贴黑色吸收材料层的结构，在图12b中示出了在基底背面喷涂黑色吸收材料层的结构。

在此需要说明的是，为使说明书更加简洁明了，在描述实施例2和3时，仅具体描述了与实施例1中不同之处。但本领域技术人员应当明白，对于省略的部分，实施例2和3可以采用与实施例1中所描述的技术特征。

例如实施例3中可以采用图11中基底和微结构的组合方式，也可以采用图7中粘贴或喷涂黑色吸收材料层的结构。此外，其微结构的半径与入射角度α和出射光线角度β之间的关系与图5中所示相同。

例如实施例2和3中形成基底、反射微结构、反射层等的材料和方式，都可以采用实施例1中所述的特征。

上述示例仅用于说明而不是限制，本领域技术人员能够简单地明白如何结合实施例1-3中的相关特征。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (12)

1.一种菲涅尔屏幕，其包括：

基底；

微结构，其形成在所述基底的第一表面上；和

反射层，其形成在所述微结构上，所述反射层包括反射材料、扩散材料和吸收材料，所述反射材料为铝片、铝粉、银粉，所述吸收材料为有机颜料或无机颜料，且所述扩散材料为环氧系、丙烯酸系或者硅酮系的有机树脂颗粒，或者为无机散射材料；

其中，所述反射层的反射率在10％～35％的范围内；仅在所述微结构中被投影光照射的区域中形成所述反射层。

2.如权利要求1所述的菲涅尔屏幕，其中，所述第一表面为所述基底的朝向观看者的表面。

3.如权利要求1所述的菲涅尔屏幕，其中，所述第一表面为所述基底的背向观看者的表面，且所述菲涅尔屏幕还包括表面扩散结构，所述表面扩散结构形成在所述基底的朝向观看者的表面上。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的菲涅尔屏幕，其中，所述反射层的表面的粗糙度在1～50微米的范围内。

5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的菲涅尔屏幕，其中，所述反射层的厚度在10～30微米范围内。

6.如权利要求1-3中任一权利要求所述的菲涅尔屏幕，其中，所述反射层的散射角度为±10度～±45度。

7.如权利要求2所述的菲涅尔屏幕，其中，所述基底为黑色基底、灰色基底或透明基底，且所述微结构为黑色微结构、灰色微结构或透明微结构，其中通过在形成所述基底的材料中掺杂黑色吸收材料而形成黑色基底或灰色基底，通过在形成所述微结构的材料中掺杂黑色吸收材料而形成黑色微结构或灰色微结构。

8.如权利要求3所述的菲涅尔屏幕，其中，所述基底为灰色基底或透明基底，且所述微结构为灰色微结构或透明微结构，其中通过在形成所述基底的材料中掺杂黑色吸收材料而形成灰色基底，通过在形成所述微结构的材料中掺杂黑色吸收材料而形成灰色微结构。

9.如权利要求2所述的菲涅尔屏幕，其中，在所述基底中与形成有所述微结构的表面相反的表面上粘贴或喷涂有黑色吸收材料层。

10.如权利要求3所述的菲涅尔屏幕，其中，所述表面扩散结构的粗糙度在0.5-50微米的范围内。

11.如权利要求1-3中任一权利要求所述的菲涅尔屏幕，其中，所述反射层的厚度均匀且为所述微结构的间距的1/10～1/5。

12.如权利要求1所述的菲涅尔屏幕，其中，所述反射层的反射率在20％～25％的范围内。

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